(57)【要約】【課題】  ライン状のプラズマを生成するマイクロ波ラインプラズマ発生装置であっても、比較的安価に製造できるものとする。【解決手段】  マイクロ波を導入される偏平な矩形状導波管１の周面壁１ｂの一部に開口部１ａが形成され、この開口部１ａが誘電体からなる平板体２ａを介して閉鎖されると共に、この平板体２ａの導波管外領域が容器３で包囲され、この容器３内の前記平板体２ａ寄り位置にプラズマ生成用ガスを連続的に供給するためのガス供給手段３ａが設けられる。導波管１内に導入されたマイクロ波の電磁エネルギーが前記平板体２ａを透過することで前記容器３内の前記平板体２ａ寄り位置に供給された前記ガスが励起されラインプラズマとなって前記容器３の放出口から放出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入されるマイクロ波の進行方向に長さを持つ開口部がＨ面に形成された偏平な矩形状導波管と、前記開口部の導波管のＨ面の内側壁との間で前記開口を導波管の内部空間から開口内の空間を閉鎖する誘電体からなる平板体と、前記Ｈ面の壁内面よりも外側から前記導波管内空間を経由せずに前記開口部に前記プラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段とを有し、前記ガスが前記開口内空間において、前記導波管内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化されることを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置において、前記平板体の開口内空間側に前記開口の長さ方向にわたり溝が形成されていることを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置において、前記開口周囲の前記導波管内側面に、前記平板体を前記内側面側に押圧する複数の押さえ片が離散的に配置されていることを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロ波ラインプラズマ発生装置において、前記ガス供給手段は、前記開口を前記導波管の外側から包囲して前記開口内の空間と連通した容器を有し、前記容器に前記プラズマ生成用ガスを供給することを特徴とするマイクロ波ラインプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるエッチング、クリーニング処理又はプラズマイオン注入、液晶製造プロセスにおけるクリーニング、透明電極のエッチング又はＣＶＤ処理、有機ＥＬ製造プロセスにおける有機膜上へのＣＶＤ処理、エッチング又はクリーニング、機能性フイルムの製造プロセスにおける親水・撥水処理又は成膜などを行うさいに使用されるマイクロ波ラインプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の液晶パネルや、長尺のフィルムなど広い被処理面を持つ物品をライン状のプラズマで効率的にスキャン処理するようにしたマイクロ波ラインプラズマ発生装置は既に存在しており、例えば特許文献１及び２などに開示されている。
【０００３】
これら特許文献１、２に開示されている従来のマイクロ波ラインプラズマ発生装置では、マイクロ波が導入される偏平な矩形状導波管を備えると共に、この導波管に形成された開口部に内嵌され導波管の内外間に渡る状態に装着された放電管を備えている。
【０００４】
このように装着される放電管は、内方にプラズマ生成用ガスを連続的に導入されるガス通路としての中空部を有する円管体か、或いは、この円管体の周壁の一部を線状に開口させた開放円管体か、或いは、断面逆Ｕ字形の溝を具備しこの溝の両端が端面壁で閉鎖されている閉鎖溝状体である。これらのいずれにおいてもフランジ体を有しており、これを導波管外側の壁に押し当てて開口部の内部空間を導波管内部空間から遮蔽している。
【０００５】
また、上記特許文献１、２は、導波管の外側からプラズマ生成ガスを開口部に導入して導波管内空間のプラズマを発生させないタイプであるが、これとは異なり、マイクロ波の進行経路に直接プラズマ生成ガスを供給し、導波管に形成された開口部からプラズマを取り出すものが特許文献３に開示されている。特に特許文献４の図８には、導波管内に誘電体に設置し、導波管の側面からプラズマ生成ガスを取り込み、誘電体に形成されたガス通路を通して開口部へ案内している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６９１５１号公報
【特許文献２】ＷＯ−２００８／０１８１５９  Ａ１号公報
【特許文献３】特表２００６−２６９１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のマイクロ波ラインプラズマ発生装置においては、放電管が円管体、開放円管体又は閉鎖溝状体などのような複雑な形態とされる上に固定手段としてのフランジ部などを有するもの、或いは誘電体内にガス通路を設ける等、複雑な構造となっている。しかも高温に晒されるため素材が石英やセラミックなどの硬質材料を素材としていることから、その成形においてダイヤモンド刃具を使用しており、加工に工数とコストを要する。
【０００８】
本発明はこのような実情の下で創案されたものであり、その目的とするところは、その製造コストを抑えることを可能とした構造のマイクロ波ラインプラズマ発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係るマイクロ波ラインプラズマ発生装置は、導入されるマイクロ波の進行方向に長さを持つ開口部がＨ面に形成された偏平な矩形状導波管と、前記開口部の導波管のＨ面の内側壁との間で前記開口を導波管の内部空間から開口内の空間を閉鎖する誘電体からなる平板体と、前記Ｈ面の壁内面よりも外側から前記導波管内空間を経由せずに前記開口部に前記プラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段とを有し、前記ガスが前記開口内空間において、前記導波管内に導入されたマイクロ波によりプラズマ化されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例に係るマイクロ波ラインプラズマ発生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】上記マイクロ波ラインプラズマ発生装置の一部断面図である。
【図３】図１中において導波管の上方から包囲案内筒の下方までの範囲をｘ１−ｘ１線に沿って切断した状態を示す断面図である。
【図４】上記マイクロ波ラインプラズマ発生装置の放電用平板体の変形例を示す。
【図５】板体の固定構造をｘ方向及びｚ方向に沿う面で切断した説明図である。
【図６】平板体２ａの固定構造をｘ方向及びｚ方向に沿う面で切断した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に係るマイクロ波ラインプラズマ発生装置の概略構成を示している。図１中、導波管１は扁平な矩形導波管であり、アルミ又は真鍮などの導体で形成されている。この導波管１の左右各側には、第１及び第２のマイクロ波発生源５ａ、５ｂが設けられている。第１のマイクロ波発生源５ａと導波管１の一端側開口との間は第１マイクロ波伝送路６ａで接続され、マイクロ波発生源５ａの発生したマイクロ波が第１マイクロ波伝送路６ａを通じて導波管１内に供給されるようになっており、また、第２のマイクロ波発生源５ｂと、導波管１の他端側ポートとの間は、第２のマイクロ波伝送路６ｂで接続され、マイクロ波発生源５ｂの発生したマイクロ波が第１マイクロ波伝送路６ｂを通じて導波管１内に供給される。第１のマイクロ波伝送路６ａは、Ｌ字形導波管７ａとテーパ導波管８ａとが連通されたものであり、第２のマイクロ波伝送路６ｂは、Ｌ字形導波管７ｂとテーパ導波管８ｂとが連通されたものである。テーパ導波管８ａ、８ｂは、後述するように導波管１の巾をＬ字形導波管７ａ、７ｂよりも狭くするものである。
【００１２】
図２はマイクロ波ラインプラズマ発生装置の一部断面図であり、図２Ａにおいて、第１及び第２のマイクロ波発生源５ａ、５ｂ、Ｌ字形導波管７ａ、７ｂ及びテーパ導波管８ａ、８ｂを取り外し、テーパ導波管８ａの接続されていた一端側ポートの方から導波管１内などを見た状態を示している。導波管１の周面壁のうち下側の壁１ｂ（Ｈ面）にマイクロ波の進行方向（ｙ方向）に沿って開口部１ａが形成されている。また、平板体２ａは、図２Ｂに示すように平板体２ａが扁平状の直方体形状であり、壁１ｂの内面に固定されて、この開口部１ａを塞いでいる。
【００１３】
導波管１の内部空間は、その中心軸に垂直な断面において、巾ａが高さｂより大きくなるように形成されている。導波管１の幅ａは、特許文献１に開示されているとおり、導波管１内に導入されるマイクロ波の真空中における波長λ０と、導波管の内部におけるマイクロ波の波長λｇと、導波管の幅ａとの間に成立する次の関係式から決定される。
【００１４】
【数１】
2010219003.tif 000003
【００１５】
ここに、εは誘電率、μは透磁率である。ｒは真空の値に対しての比を示す。εｒは比誘電率、μｒは比透磁率である。
【００１６】
この関係式において、マイクロ波の波長λｇは、生成すべきｙ方向に沿ったライン状のプラズマの長さｃよりも大きい値とするのが、密度の大きい安定したライン状のプラズマを生成させる上で好ましい。この式で求められる巾ａは、ＴＥモードでマイクロ波を伝播させる導波管の巾よりも狭い。巾ａを狭くすることにより、マイクロ波は導波管１において電力を放出する。
【００１７】
本実施例においては、導波管１のＨ面の壁１ｂの内面よりも外側から導波管内空間を経由せずに開口部１ａにプラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段は、枠状の容器３とガス通路３ａとにより実現される。枠状の容器３が導波管１の下側に配置されており、この容器３のｘ方向で対向した一対の平面壁の上部にはｙ方向の一定間隔位置にガス通路３ａが形成されている。そして、各ガス通路３ａには図１に示すようにガス供給管５が接続されている。これらガス供給管５には図示しないガス源からプラズマ生成用ガスが連続的に供給される。プラズマ生成用ガスにはヘリウムやアルゴンなどの希ガスが使用される。
【００１８】
図３は、図１中において導波管１の上方から容器３の下方までの範囲をｘ１−ｘ１線に沿って切断した状態を示している。図３Ａにおいて、プラズマ生成空間９は、導波管１の周面壁のうち下側の壁１ｂ（Ｈ面）にマイクロ波の進行方向（ｙ方向）に沿って形成された開口部１ａ、この開口部１ａに対応して固定された平板体２ａからなっている。
【００１９】
開口部１ａは上方視長方形であり、そのｙ方向の長さは生成すべきラインプラズマの幅方向長さに関連して決定される。また平板体２ａは石英やセラミックなどの誘電体である。平板体２ａが扁平状の直方体形状に成形されているので、成形加工コストを低減させる上で有益である。
【００２０】
図３Ｂは、導波管１の下面の壁１ｂ内に、ガス通路３ａを設けて開口部１ａを構成する横壁に直接プラズマ生成ガスを導入する他のガス供給手段の例を示している。この例においては、導波管１の壁１ｂ自体がガス供給手段としての役割を有する。この例においても、プラズマ生成ガスは、壁１ｂの内面側よりも外側を通過するため、導波管１内のマイクロ波の影響を受けずに開口部１ａ内に到達する。
【００２１】
図４は平板体２ａの変形例を示している。図４に示す平板体２ａはその下面２ｅにｘ方向に沿う平坦な底面ｄ１を有する直状溝２ｆを形成されている。直状溝２ｆはダイヤモンド刃具を使用して加工され、その深さは０．１ｍｍ程度である。図４に示す変形例では、底面ｄ１がｘ方向視で円弧状とされている。これにより、プラズマ生成空間９の中央部が、導波管１内空間に入り込む。これにより、プラズマ生成ガスは、導波管内のマイクロ波の影響をさらに受ける。尚、実際にプラズマが発生する領域は、平板体２ａの開口内部の内側にシース領域（plasma sheath）と呼ばれる境界領域を挟んだ位置である。
【００２２】
図５は平板体２ａの固定構造をｘ方向及びｚ方向に沿う面で切断した状態を示している。図５Ａに示すように、平板体２ａは導波管１の壁１ｂの内側であって開口部１ａの真上に位置した状態で固定されている。
【００２３】
さらに詳細には、導波管１の壁１ｂの平面ｅ２には、平板体２ａの固定される範囲に直方体状の凹み穴からなる嵌合領域ｅ０が形成されている。この嵌合領域ｅ０は上方視面積を平板体２ａの嵌合される大きさとされ、また深さを０．１ｍｍ程度であり、この嵌合領域ｅ０内に、平板体２ａが嵌合されている。この状態において、嵌合領域ｅ０の内周面ｅ１は平板体２ａの外周面ｄ２と対向する係止面として機能する。平板体２ａの外周面ｄ２と嵌合領域ｅ０の係止面ｅ１との隙間は、プラズマ生成部９で生成されるプラズマ熱で導波管１及び平板体２ａが温度上昇したときの、これら両者の熱膨張量の差で過大な押力が生じない程度の大きさに設定されている。具体的には、平板体２ａのｘ方向各端部及びｙ方向各端部のそれぞれにおける外周面ｄ２と係止面ｅ１との隙間は１ｍｍ程度に設定される。
【００２４】
平板体２ａを嵌合領域ｅ０の底面に押圧するために、折れ曲がり状の押さえ片１０が設けられている。押さえ片１０の下部は、ネジ部材１１を介して導波管１の下面壁１ｂに螺着されて固定されている。また、押さえ片１０の上部は、平板体２ａの上面を平板体２ａを損傷しない程度の力で下方へ押圧した状態としている。この押さえ片１０は図２に示すように平板体２ａのｘ方向辺部とｙ方向辺部とに配置され、平板体２ａ及び導波管１が熱による温度変化で熱変形するとき、この変形を許容して平板体２ａを位置保持する。平板体２ａの下面と嵌合領域ｅ０の底面との間にはここを気密状に保持するためのシール構造ｆが形成されており、嵌合領域ｅ０の底面に形成された環状溝とこれに嵌合されたＯリングとからなっている。プラズマ生成部９は負圧であるため、押さえ片１０は大きな力で、平板体２ａを押さえなくとも、導波管１が大気圧であるために、導波管１の壁１Ｂ（Ｈ面）１ｂに押し付けられている。
【００２５】
平板体２ａは、図５Ａに示すような固定に代えて、図５Ｂに示すように固定しても良い。この場合には、導波管１の下面壁１ｂの内面上であって、平板体２ａの固定される範囲の外周囲に、高さが約１ｍｍの突起部１２が上方視方形環状に形成される。この突起部１２の内側は嵌合領域ｅ０であり、この嵌合領域ｅ０に平板体２ａが内嵌されている。嵌合領域ｅ０を規定する突起部１２の内周面は平板体２ａの外周面ｄ２に対応する係止面ｅ１として機能する。そして平板体２ａの外周面ｄ２と嵌合領域ｅ０の係止面ｅ１との隙間や、押さえ片１０及びネジ部材１１による平板体２ａの位置保持は、図５Ａの場合に準じたものとなっている。この場合も図５Ａの場合と同様なシール構造ｆが設けられている。
【００２６】
図３に示す平板体２ａが導波管１に固定された状態での直状溝２ｆの底面ｄ１の高さについて説明する。図６は、図３に示す平板体２ａの固定構造を示した説明図である。図６Ａに示すように平板体２ａが固定された場合は、平板体２ａは直状溝２ｆの底面ｄ１を導波管１の下側の壁１ｂ（Ｈ面）の内平面ｅ２より０．１ｍｍ程度高く位置される。また図６Ｂに示すように平板体２ａが固定された場合は、平板体２ａは直状溝２ｆの底面ｄ１が導波管１の下側の壁１ｂ（Ｈ面）に形成された突起部１２の上端より０．１ｍｍ程度高い。このように固定された図４Ａ、Ｂ中の平板体２ａは直状溝２ｆの空所領域が係止面ｅ１の上端よりも導波管１の断面の中心位置側に届いた状態となり、これにより直状溝２ｆ内に存在したプラズマ生成用ガスは、導体に覆われない状態で導波管１内領域に存在した状態となって、導波管１内を伝播するマイクロ波の電磁エネルギーの影響を受けやすくなり、効果的に励起され、プラズマ化される。しかしながら、導波管１内でプラズマが発生すると、導波管内に導体を置いた状態と同じとなり、導波管１の巾に影響を与えマイクロ波自体が伝播しなくなることを考慮する必要がある。プラズマが実際に発生する領域が、導波管１内の巾ａ、高さｂで規定する領域内を侵さないことが望ましい。
【００２７】
図３Ａにおいて、容器３内の上部のガス通路３ａ内に供給されたプラズマ生成用ガスは、平板体２ａの真下近傍に導かれる。導波管１の開口部１ａの真下領域は図示しないプラズマ処理室に開放される。プラズマ処理室４ａ内の気圧を負圧に保持し得る構造とするため、導波管１の下面壁と容器３の上面壁との間は気密状に保持されるように、既述と同様なシール構造ｆを介して結合されている。
【００２８】
次に全体的な動作について説明する。第１のマイクロ波発生源５ａで発生されたマイクロ波が、第１のマイクロ波伝送路６ａを通じて導波管１の一端側ポートから該導波管１内に導入されると共に、第２のマイクロ波発生源５ｂで発生されたマイクロ波が第２のマイクロ波伝送路６ｂを通じて、導波管１の他端側ポートから導波管１内に導入される。これにより導波管１内には、２つのマイクロ波の重畳波が生成される。
【００２９】
さらに、プラズマ生成用ガスがプラズマ生成用ガス供給手段からガス供給管５及びガス通路３ａ及びガス案内路手段１３ａを通じて、プラズマ生成部９を形成する平板体２ａの直下近傍に供給される。このように供給されたプラズマ生成用ガスが導波管１内に生成された重畳波による電磁エネルギーによって、平板体２ａの直下近傍において励起され、プラズマ化される。
【００３０】
上記のプラズマ処理において、通常では導波管１内は大気圧に保持されるのであり、またプラズマ処理室４ａ内は負圧であり、導波管１と平板体２ａとの間箇所、導波管１と容器３との間箇所のそれぞれはシール構造ｆにより気密状に保持される。
【００３１】
上記実施例は次のように変形することができる。
図６のように、導波管１の内面に直方体状の凹み穴からなる嵌合領域ｅ０を形成しないで、凹凸のない内平面ｅ２上に直接に平板体２ａを載置し、この状態の平板体２ａを押さえ片１０やネジ部材１１などで固定させるようにしてもよい。
【００３２】
上記実施例においては、プラズマ生成ガスとして希ガスを用いたが、反応ガスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  導波管
１ａ  開口部
１ｂ  壁（Ｈ面）
２ａ  平板体
２ｄ  外周面
２ｆ  直状溝
３  容器
３ａ  ガス通路
３ｂ  放出口
ｄ１  直状溝２ｆの底面
ｅ０  嵌合領域
ｅ１  係止面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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